Izadi Jakintza»Izadi jakintza

Metabolismoa: anabolismoa eta katabolismoa

LABURPENA: zenbait erreakzio kimiko gertatu behar dira izaki biziek beren zereginak bete ahal izan ditzaten; erreakzio kimiko horiek metabolismoa osatzen dute. Metabolismoko erreakzio batzuen helburua energia lortzea da; katabolismo izena ematen zaie, oro har, era horretako erreakzioei. Beste erreakzio mota batek, berriz, hazteko, hondatutako atalak osatzeko eta ugaltzeko organismoek behar duten materia bizia sortzen du; anabolismo esaten zaio metabolismoaren parte horri. Organismoetan bi mota horietako erreakzioak gertatu ohi dira beti.

Bestalde, izaki biziek metabolismo mota desberdinak izan ditzakete, anabolismorako behar diren karbonoa eta energia zein bide edo iturritatik ateratzen dituzten, edo katabolismoan zehar oxido-erredukzioetan askatzen diren elektroien azken buruko hartzailea zein motatakoa den.Organismo bizi baten zelulak eta gai bizigabe baten (harriak edo meak) puska bat alderatzean ikus daitekeena ?bizitza konplexutasuna da funtsean? esapideak laburtzen du. Izan ere, organismoak eta gai bizigabeak alderatzean nabarmentzen den ezaugarri nagusia materia bizigabearen homogeneotasunaren aldean zelulek duten egitura ugaritasuna da. Gai bizien eta bizigabeen osagaiei buruzko azterketa eginez agerian gelditzen da izaki biziak osatzen dituzten molekulak askoz handiagoak, anitzagoak eta konplexuagoak direla materia bizigabearenak baino. Laburbilduz, planetaren gainerako osagaiek baino antolamendu maila garaiagoa dute organismoek.

Antolamendu maila jakin bat lortu eta maila hori mantentzea prozesu konplexua da, ordea, eta prozesu hori gerta dadin ezinbestekoa da zelularen barnean sofistikazio handiko erreakzio biokimikoak gertatzea, gai elkartuak eraldatu beharra baitago; metabolismo jenero izena ematen zaie erreakzio horiei.

Erreakzio metabolikoak elkarri loturik daude, eta bide metabolikoak eratzen dituzte elkarren arteko lotura horren bitartez, halako eran non erreakzio metaboliko jakin batean lortzen diren gaiak bide metabolikoaren hurrengo urratsean erabiltzen baitira (1. irudia). Horrela, hasierako erreaktibo batetik abiatu eta azken buruko gai bat lortu bitarteko ondoz ondoko urratsak osatzen dituztela egon daitezke elkarri loturik erreakzio multzoak: kasu horretan, bide metabolikoak linealak direla esan ohi da. Beste kasu batzuetan, aldiz, erreaktiboa beste molekula batera aldatzen da (1. irudia), eta ondoz ondoko erreakzio katean gai berri bat lortzeaz gainera, erreaktiboa finkatzen denjatorrizko molekula lehengoratu eta berreskuratzen da; kasu honetan bide metaboliko zirkularrak edo zikloak direla esaten da.

Metabolismoko erreakzio gehienak entzimek katalizatuak dira; entzimei esker gerta daitezke prozesu horiek biziarekin batera eta, horrez gainera, entzimei esker gertatzen da bide horien erregulazioa ere. Bide metabolikoak erregulatzeko zeregina betetzen duten entzimek entzima alosteriko izena dute (2. irudia).

Bide metabolikoan zehar sorturiko gai elkartu batzuek (bidean sortzen diren azken buruko gaiek, sarritan) entzima alosterikoen jarduera eteteko ahalmena dute, eta erreakzioen katea ez da berriro abian jartzen, harik eta zelulak entzima alosterikoaren jarduera etenarazi duen gai elkartua prozesatu eta entzima berriro lanean hasten den arte.

Energia lortzea, katabolismoa

Erreakzio metaboliko askoren helburua zeluletako prozesuak gertatzeko behar den 120energia lortzea da. Gai elkartuak hausten eta gai soilago bihurtzen dira erreakzio horietan, eta energia askatzen da hausten diren loturetatik. Era honetako erreakzioek katabolismo deritzon metabolismoaren partea osatzen dute. Erreakzio katabolikoak oxidoerredukziozkoak dira gehienak (3. irudia); hau da, erreakzioan zehar gai jakin batek elektroiak galtzen ditu (gai erreduzitzailea) eta gai oxidatu bat sorrarazten du, eta beste batek elektroiak bereganatzen ditu (gai oxidatzailea) eta gai erreduzitu bat sorrarazten.

Zaila da masarik apenas duten zatiki azpiatomikoen joan-etorria edo garraioa gertatzea, adibidez elektroiena; ?ezerezaren tortsio elektronegatibo? gisa definitu dira elektroiak.

Metabolismoaren oxido-erredukziozko erreakzio multzoan, elektroiak beraiei dagozkien protoiekin batera mugitzen dira (H + ), eta horren ondorioz hidrogeno atomoen garraio eraginkorra gertatzen da gai edo eragile erreduzitzailetik oxidatzailera.

Elektroiak eta elektroi horiei loturiko protoiak garraiatzeko koentzima modura jarduten duten zenbait gai erabiltzen dituzte zelulek.

Gai horiek nukleotido gisa sailkatzen dira biokimikan, eta zelularen metabolismoan betetzen duten zeregina dela-eta, elektroi garraiatzaile izen orokorra ematen zaie.Organismoen metabolismoan gehien agertzen direnak nikotin-adenin dinukleotidoa (NAD + ), nikotin-adenin dinukleotido fosforilatua (NADP + ) eta flabin-adenin dinukleotidoa (FAD) dira (4. irudia).

Elektroi garraiatzaileek beren forma oxidatuan bina elektroi eta protoi bereganatzen dituzte erredukzioz, oxidazioaren bidez gai hartzaileari ematen dizkiote gero, eta hasierako egoera berean gelditzen dira horrela. Hidrogeno atomo osoak transferitzen dituztela-eta, elektroi garraiatzaileek erredukzio ahalmena eskuratzen eta ematen dutela esan ohi da.

Organismo mota batzuetan gai bat eta besteetan beste bat izaten da erreakzio katabolikoetan sortzen diren protoien eta elektroien helmuga; gai horiei elektroien azken buruko hartzaile esaten zaie.

Lehen esan den bezala, katabolismoarekin zerikusia duten oxido-erredukziozko prozesuetan molekula handien loturak hausten dira, eta energia askatzen da. Energia kontrolik gabe askatzeak, ordea, adibidez leherketa, su gar edo deskarga elektrikoak, ondorio larriak ekar dakizkioke zelulari; eta bestalde, energia ez da sortzen den gune berean zertan kontsumitu behar. Beraz, energia ezin da ingurunera zuzenean eta kontrolik gabe igaro; energia pilatu eta energia hori behar duten guneetaraino eraman beharra dago.

Erreakzio katabolikoetan askatzen den energia bildu eta batetik bestera garraiatzen duten gaiak koentzima gisa aritzen dira.

Ezaugarri kimikoen arabera, nukleotidoakdira, eta metabolismoan betetzen duten zeregina dela-eta, energia garraiatzaile deitzen zaie (5. irudia). Gehien erabiltzen dena adenosin trifosfatoa (ATP) da, nahiz eta batzuetan adenosin difosfatoa (ADP) edo guanosin trifosfatoa (GTP) eta, tarteka, beste zenbait nukleotido ere agertzen diren.

Molekula hauek erreakzio katabolikoetan askatzen den energia bereganatzen dute molekulari fosfato talde bat erantsiz, alegia, nukleotidoa fosforilatu egiten da. Fosfato taldearekin lotura eratzeko, energia kopuru handi samarra behar izaten da beste mota batzuetako loturetarako behar izaten denaren aldean, eta horregatik energia handiko lotura izena ematen zaio. Behin helmugara iristen denean, bi bidetatik askatzen da energia: energia handiko lotura haustean, fosfatoa berriro aske gertatzen dela horren ondorioz; eta energia bereganatzen duen molekulari eranstean fosfatoa, nukleotidoaren energia handiko loturak duen energiari esker beste lotura bat eratuz.

Energia garraiatzeko eta emateko prozesuak ez du etenik, eta, horren ondorioz, energia handiko loturak eratzen eta hausten dira etengabe. Gizakiak, atsedenean, eguneko 45 kilo ATP xahutzen ditu gutxi gorabehera. Galera horri aurre egiteko, giza organismoko zelulek segundoko 10 milioi molekula ATP sortzen dituzte, oro har.

Osatu eta konpondu: anabolismoa.

Izaki bizien bi ezaugarri nagusietakoak hazteko eta ugaltzeko ahalmena dira; bi prozesu horietan molekula organiko berriak sintetizatu behar izaten dira organismoaren neurria handitzeko edo ugal zelulak sortzeko. Horrez gainera, bada izaki bizien eta materia bizigabearen arteko beste desberdintasun aipagarri bat ere: izaki biziek beren burua osatzeko ahalmena dute, hau da, kasu gehienetan, organismo biziak gai dira beren atal hondatuak osatzeko eta horien ordez egitura berriak eratzeko. Ahalmen horrek are beharrezkoagoa egiten du organismoek beren molekulak sintetizatzeko sistemak baliatzea.Organismoak osatzen dituzten molekula organiko konplexuen sintesia beste molekula soilago batzuen bidez egiten da erreakzio multzo bati esker; erreakzio horiek entzimen katalizazioz gertatzen dira, eta metabolismoaren anabolismoa osatzen dute.Katabolismoak ez bezala, anabolismoak aukera ematen die izaki biziei hainbat gai bereganatzeko, eta era askotako erreakzioak gertatzen dira prozesu horretan. Anabolismoko erreakzio nagusiak ez dira ez oxido erreduzitzaileak, ez beste era batekoak; izan ere, anabolismoan hainbeste gai desberdin sortzen dira, izaki bizien multzo handi gehienek baitute zeinek bere bide anabolikoa.

Molekula soiletatik abiaturik molekula osoagoak lortzeko, molekula arteko lotura berriak eratu beharra dago; izan ere, lotura horiei esker erantsiko zaizkie atomo berriak erreakzio anabolikoetan sustratu gisa jarduten duten gaiei, edo osatuko da bide anabolikoetan parte hartzen duten bi gai desberdinen arteko lotura. Katabolismoaren erreakzioetan ?kargatzen? diren energia garraiatzaileen bidez lortzen da lotura hauek eratzeko behar den energia.

Prozesu anabolikoetan zehar oso gai erreduzituak sortzen dira, eta horri esker elektroi garraiatzaileek bereganatzen duten erredukzio ahalmenaren parte bat baliatzen da.

Ikusten denez, lotura handia dago metabolismoaren bi ataletan parte hartzen duten erreakzioen artean (6. irudia); izan ere, katabolismoko erreakzioetan energia eta erredukzio ahalmena lortzen dira, eta anabolismoaren sintesi bideetan erabiltzen dira gero.

Metabolismo motak.

Izaki biziek energia lortzeko eta molekula berriak sintetizatzeko beharra dute beren zereginak bete ahal izateko, beraz izaki bizi guztiek betetzen dituzte metabolismoaren bi atalak. Hala ere, ez dute denek metabolismo mota bera; desberdintasunak izan ditzakete bai katabolismoko erreakzioetan zein anabolismokoetan.

Izaki bizien metabolismoaren sailkapen ezagunena anabolismoaren baitako desberdintasunean oinarritua da, eta bi irizpide finkatzen ditu izakiak sailkatzeko. Lehenengo irizpideak organismoek molekula organikoak sintetizatzeko behar dituzten karbono atomoak zein iturritatik lortzen dituzten hartzen du kontuan. Horrela, organismo autotrofoak edo metabolismo autotrofokoak dira karbonoa CO -tik lortzen duten iza- 2 kiak; karbonoa lortzeko gai organikoak erabiltzen dituztenak, berriz, organismo heterotrofoak edo metabolismo heterotrofokoak dira.

Lehenengo irizpidearen araberako bereizketa hori egin ondoren, bigarren irizpidea aplikatzen da: alegia, sintesi prozesuek eskatzen dituzten loturak eratzeko energia zein iturritatik lortzen duten aztertzen da. Horrela, batetik energia lortzeko eguzki argia baliatzen duten organismoak, organismo fototrofoak, eta bestetik errakzio kimikoetan askatutako energia baliatzen dutenak, organismo kimiotrofoak, bereizten dira.Bi definizio horiek konbinatuz, beraz, lau organismo mota desberdin bereizten dira, metabolismo motaren arabera, I. taulan ikusten den bezala.

Bada, ordea, metabolismo motaren araberako beste sailkapen bat ere: katabolismoan oinarrituriko sailkapena hain zuzen.

Bigarren kasu honetan metabolismo aerobioa duten organismoak edo organismo aerobioak eta metabolismo anaerobioa duten organismoak edo organismo hartzitzaileak bereizten dira. Erreakzio katabolikoetan elektroi hartzaile gisa jokatzen duen gaia da bien arteko desberdintasuna. Azken buruko hartzailetzat oxigenoa duten organismoak aerobioak dira, eta gai organikoen oxidaziotik lortzen dute energia, arnasketa bidez alegia. Aitzitik, azken buruko elektroi hartzailea gai organiko bat bada, anaerobioak dira organismoak, eta energia hartzidura izeneko beste prozesu batzuen bidez lortzen dute.

Sailkapen honetatik at gelditzen da organismo sail txiki bat, prokarioto batzuek osatua; izan ere, organismo horietan, oxigenoaz bestelako gai ez organiko bat da azken buruko elektroi hartzailea, adibidez nitrato ioiak (NO- ), sulfatoa (SP2- ) edo 3 4 karbono dioxidoa; elektroiak hartu ondoren nitrito (NO- 2 ), sulfuro (S2-) edo metano (CH ) bihurtzen dira erredukzioz.

4 Organismo hauek egiten dutena ere arnasketa da, baina oxigenorik gabekoa denez, arnasketa anaerobio izena ematen zaio.

Arnasketa aerobio esapidea, arnasketa esan ohi zaiona, oxigenoa baliatzen duten organismoek soilik egin dezakete.